型材BD軋輥堆焊修復(fù)工藝的實(shí)踐及運(yùn)用

浦仕東 李洪德 高興輝 徐 焱（武鋼集團(tuán)昆鋼股份安寧公司，云南 安寧 650309）

型材BD軋輥堆焊修復(fù)工藝的實(shí)踐及運(yùn)用

浦仕東 李洪德 高興輝 徐 焱（武鋼集團(tuán)昆鋼股份安寧公司，云南 安寧 650309）

昆鋼安寧公司新區(qū)型材軋制報(bào)廢的BD軋輥，通過(guò)堆焊修復(fù)工藝后可再次使用，修復(fù)軋輥能夠滿足軋制工藝要求，且過(guò)鋼量平均可以提高1.2倍以上，通過(guò)堆焊修復(fù)代替新輥采購(gòu)，大幅降低型材軋輥消耗成本，符合現(xiàn)代低碳、可持續(xù)的發(fā)展要求，具有良好的修復(fù)前景。

BD軋輥；堆焊；修復(fù)

1 概 述

昆鋼安寧公司新區(qū)型材生產(chǎn)線設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為85萬(wàn)噸/年，于2012年8月投產(chǎn)。產(chǎn)品規(guī)格有H型鋼HN100×50-400×200、HM150×100-300×200、HW100×100-200×200，工 字 鋼 16-40C，槽 鋼16a-40c,角鋼14#-25#。型材開(kāi)坯軋機(jī)使用BD軋輥來(lái)回軋制，單只光棍重約35噸，具有消耗大、價(jià)值高，占型材生產(chǎn)成本比重高的特點(diǎn)。BD軋輥使用報(bào)廢時(shí)重量約20余噸，按設(shè)計(jì)產(chǎn)能1年約報(bào)廢BD軋輥12-15付，價(jià)值約750萬(wàn)元。報(bào)廢的軋輥需采購(gòu)新輥補(bǔ)充才能保證生產(chǎn)的持續(xù)，對(duì)型材生產(chǎn)成本影響較大。通過(guò)多方調(diào)研引進(jìn)BD軋輥堆焊修復(fù)工藝后，對(duì)達(dá)到或者接近報(bào)廢的BD軋輥進(jìn)行堆焊修復(fù)，再次上機(jī)使用，完全能滿足型材生產(chǎn)工藝要求，降低BD軋輥約45%生產(chǎn)費(fèi)用。

2 BD軋輥堆焊修復(fù)的意義

昆鋼型材生產(chǎn)線一次投資約6.7億元，產(chǎn)品填補(bǔ)西南空白，有效控制輥耗成本是影響型材生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素之一。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，型材生產(chǎn)中BD軋輥輥耗約1.1Kg/噸。該BD軋輥為生產(chǎn)消耗件，與產(chǎn)量成正比關(guān)系，輥徑使用到Φ944就不能滿足壓下要求，軋輥就按報(bào)廢處置。在鋼鐵行業(yè)市場(chǎng)低迷情況下，如何減少大額BD軋輥采購(gòu)數(shù)量？如何延長(zhǎng)軋輥使用壽命？這些問(wèn)題都是公司當(dāng)前期待解決的問(wèn)題。公司通過(guò)考察調(diào)研邢臺(tái)軋輥廠、山東萊蕪蘇美達(dá)、日照鋼鐵等類似型材生產(chǎn)線的開(kāi)坯輥修復(fù)、使用情況，掌握到型材軋輥修復(fù)技術(shù)已經(jīng)成熟。分公司首次委外堆焊修復(fù)工20BD軋輥進(jìn)行試用，過(guò)鋼量達(dá)到13萬(wàn)噸，比新輥過(guò)高量高了60%。在試用成功的基礎(chǔ)上，昆鋼通過(guò)招標(biāo)引進(jìn)了專門(mén)的型材BD輥修復(fù)生產(chǎn)線?，F(xiàn)有規(guī)格BD輥通過(guò)循環(huán)堆焊修復(fù)使用代替了新輥的采購(gòu)，達(dá)到低碳、可持續(xù)的發(fā)展要求，有效降低型材生產(chǎn)成本。

3 BD軋輥失效分析

BD軋機(jī)的作用是將鋼坯進(jìn)行多道次可逆軋制，軋輥軋制過(guò)程中傳動(dòng)系統(tǒng)頻繁正反轉(zhuǎn)，BD軋輥與鋼坯直接接觸，同時(shí)表面用循環(huán)水冷卻，BD軋輥長(zhǎng)期處于復(fù)雜的受力及疲勞狀態(tài)。經(jīng)測(cè)量計(jì)算軋輥直接承受軋制力Max10000KN，軋制鋼坯溫度約950℃，冷卻循環(huán)水約40℃。這樣軋輥在軋制過(guò)程中與鋼坯接觸面來(lái)回局部受力，軋輥就會(huì)產(chǎn)生局部熱沖擊力、鋼坯接觸應(yīng)力及殘余應(yīng)力等，同時(shí)由于軋輥、冷卻水溫度差距大，加之所使用冷卻循環(huán)水為因工礦原因可能附有大量油污、腐蝕材料等，BD軋輥工作環(huán)境較為惡劣，導(dǎo)致軋輥表面容易實(shí)效。除此之外，軋輥生產(chǎn)廠家由于生產(chǎn)工藝原因，會(huì)在輥面產(chǎn)生沙眼、氣孔、夾雜等缺陷，復(fù)雜的軋制過(guò)程就會(huì)加劇軋輥輥面的失效速度，在與鋼坯來(lái)回接觸受力的軋制過(guò)程中，缺陷會(huì)成倍放大，最終在軋輥表面產(chǎn)生磨損、疲勞甚至龜裂等情況。此時(shí)，就需要對(duì)軋輥表面缺陷、疲勞層等進(jìn)行車削才能繼續(xù)使用，直到無(wú)法滿足生產(chǎn)工藝的壓下要求時(shí)，該付軋輥便下線爆發(fā)。

4 BD軋輥堆焊修復(fù)工藝

根據(jù)型材BD輥的直徑、輥身長(zhǎng)度、重量、材質(zhì)等因素，在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上新上堆焊基座、焊機(jī)、龍門(mén)架、加熱爐、保溫爐等，建成一套型材BD軋輥堆焊修復(fù)專用生產(chǎn)線。

4.1 焊前準(zhǔn)備

1.1.1 軋輥表面車削

軋輥堆焊修復(fù)前，將待修復(fù)軋輥表面缺陷、疲勞層（見(jiàn)圖1）單邊車削3-5mm。車削過(guò)程要特別注意檢測(cè)沒(méi)有豎（圓周向）裂紋，對(duì)有豎裂紋的地方要進(jìn)行局部深挖車削，直到裂紋去除，并探傷檢驗(yàn)確認(rèn)沒(méi)有裂紋。如裂紋車削不干凈殘余裂紋應(yīng)力會(huì)在堆焊、熱處理、軋制過(guò)程中產(chǎn)生放大效應(yīng)，出現(xiàn)掉塊，從而影響軋輥的使用壽命及產(chǎn)品質(zhì)量。車削完成后檢查表面光滑、無(wú)缺陷即可（見(jiàn)圖2）。

圖1 待車削軋輥

圖2 車削好的軋輥

4.1.2 探傷檢查

車削干凈的軋輥先進(jìn)行超聲波探傷檢查，確認(rèn)軋輥內(nèi)部沒(méi)有裂紋及其他缺陷后才能進(jìn)行下一步的堆焊。對(duì)局部裂紋可以再次上機(jī)車削，也可根據(jù)裂紋情況用鉆床進(jìn)行局部挖掘。

4.1.3 堆焊方式的選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)軋輥使用輥徑磨損情況、備機(jī)情況、產(chǎn)品工藝要求等因素綜合考慮，最大限度的控制同一產(chǎn)品規(guī)格修復(fù)后輥徑在同一尺寸，以及考慮修復(fù)成本后確定修復(fù)方式。

修復(fù)方式一：常規(guī)堆焊修復(fù)軋輥。即軋輥投用后，使用到孔型磨損或軋輥疲勞（期間不進(jìn)行軋輥車削）不能滿足工藝要求時(shí)，車去磨損與疲勞層，堆焊工作層，并進(jìn)行粗車，滿足軋輥可精車至原始孔型的修復(fù)方式。

修復(fù)方式二：恢復(fù)直徑堆焊。即針對(duì)現(xiàn)有已投用磨損量較大、輥徑較小、孔槽形狀與原始孔型差異較大的軋輥，需車去疲勞層，堆焊并粗車，滿足軋輥可精車至原始直徑與原始孔型的修復(fù)方式。

4.1.4 選擇焊接材料

為節(jié)約焊接成本，一般過(guò)渡層與工作層選用不同的焊材。以價(jià)格為導(dǎo)向選用價(jià)格便宜的焊接材料做打底過(guò)渡堆焊，過(guò)渡層的厚度取決于修復(fù)前的軋輥直徑以及要恢復(fù)到最終工藝輥徑。過(guò)渡堆焊接近工藝輥徑后再選用綜合性能好的材料進(jìn)行工作層堆焊。焊接材料選擇首先要化驗(yàn)分析母材的化學(xué)成分，根據(jù)母材的成分選擇合適的焊接材料，焊材的選擇對(duì)軋輥堆焊修復(fù)工作非常重要，其直接影響焊材與母材的結(jié)合性及過(guò)鋼量。綜合考慮使用工況及車削硬度要求、耐磨性能、耐沖擊性能等條件選擇工作層堆焊材料。

如：2014年7月堆焊修復(fù)過(guò)的一付工20BD軋輥輥面母材材質(zhì)化學(xué)成見(jiàn)表1。

表1 工20BD軋輥母材化學(xué)成份

焊材通過(guò)化驗(yàn)分析后，可以委托專業(yè)的焊材廠家專門(mén)生產(chǎn)，保證母材與焊材的焊接性能。

4.2 堆焊

4.2.1 焊前預(yù)熱及保溫

BD軋輥、堆焊材料均為含碳量及合金含量較高的材料，加之輥徑大φmax1300mm、剛性大，軋輥堆焊過(guò)程中與空氣接觸自然冷卻速度快。同時(shí)由于輥身長(zhǎng)，焊機(jī)機(jī)頭間距大造成焊接區(qū)與非焊接區(qū)會(huì)存在溫差，造成受熱不均勻。產(chǎn)生局部脆性區(qū)，在溫度變化大的區(qū)域產(chǎn)生熱應(yīng)力，甚至產(chǎn)生裂紋現(xiàn)象。為防止產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋的發(fā)生，在堆焊前先將輥身進(jìn)行預(yù)熱至350℃，便于輥身在堆焊過(guò)程中整體保持一定的溫度。預(yù)熱溫度根據(jù)輥身材料、堆焊材料綜合考慮軋輥的磨損、工作負(fù)荷、軋制沖擊等因素。BD軋輥輥身硬度HS40±2，輥頸和滾頭HSD38±5，滾面硬度落差≤3HSD，使用層厚度330mm，內(nèi)硬度落差≤5HSD。為了使軋輥表面得到合理、均勻的硬度，預(yù)熱溫度選在材料的Ms點(diǎn)以上。預(yù)熱時(shí)間的長(zhǎng)短按下式計(jì)算：

τ=[D×L/(4L+2D)]×K

式中：

τ-預(yù)熱時(shí)間單位：min

D-輥徑單位：cm

L-輥身長(zhǎng)度單位：cm

K-加熱條件的綜合物流量（min/cm）。軋輥在120KW的加熱爐中預(yù)熱，預(yù)熱穩(wěn)定在250-350℃時(shí)，通常?。篕=25.5-26.5min/cm。

為了減少熱應(yīng)力的產(chǎn)生，加熱過(guò)程中需要控制加熱速度，按照預(yù)熱曲線。BD軋輥輥徑大，熱傳遞通透性較慢，開(kāi)始時(shí)由常溫到100℃溫度期間采用20℃/h的加熱速度，之后逐步提高到40-50℃/h的加熱速度，直至加熱至350℃后保溫3-4個(gè)小時(shí)以上，充分保證軋輥內(nèi)外溫度通透均勻。

圖3 預(yù)熱曲線

4.2.2 過(guò)渡層堆焊

由于軋輥輥徑大，為了降低堆焊修復(fù)的成本，底層采用低碳合金材料進(jìn)行過(guò)渡堆焊。過(guò)渡堆焊目的是恢復(fù)軋輥工作直徑，如作為工作層則不能保證軋輥使用壽命，故用于打底、恢復(fù)軋輥的孔形尺寸，可優(yōu)先選用價(jià)格便宜合金焊條，主要能保證良好的沖擊韌性、抗裂性即可。過(guò)渡層堆焊的厚度需要根據(jù)軋輥磨損的輥徑、軋輥需恢復(fù)的工作直徑來(lái)決定，一般單邊預(yù)留10-13mm后即可進(jìn)行工作層堆焊。

4.2.3 工作層堆焊

過(guò)渡層堆焊后更換工作層的焊材，一直堆焊恢復(fù)至軋輥工作直徑并單邊多預(yù)留3-5mm的車削量。工作層堆焊是軋輥修復(fù)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，直接影響軋輥的使用及過(guò)鋼量。焊接過(guò)程需要全程監(jiān)督焊接過(guò)程中可變因素焊接電壓、焊接電流、基座轉(zhuǎn)速、保溫控制、焊渣清理等的控制，這些焊接參數(shù)在焊接過(guò)程中不建議隨意更改。焊接過(guò)程需特別注意保溫，如焊接車間有風(fēng)，需要車間進(jìn)行一定的封閉處理，同時(shí)非焊槍工作區(qū)域用石棉隔熱保溫，杜絕脆性裂紋發(fā)生。BD軋輥工作層的焊接形式主要有兩種，第一種是軋制使用一次就進(jìn)行堆焊恢復(fù)到新輥尺寸，另一種是軋輥使用報(bào)廢再一次性堆焊恢復(fù)到新輥尺寸，這可以根據(jù)生產(chǎn)情況及成本因素綜合選擇。焊接的可變因素參照如下執(zhí)行：

1)焊接電壓與焊接電流：

焊接電流大小與融深的關(guān)系：

H=Km×II---焊接電流（A）其中：I=（85-110））×d

式中：H---融深單位：mm

Km---融焊系數(shù)單位：mm/100A

d---焊絲直徑（mm）

如焊絲直徑為∮4-5mm,焊接電流為32-34A,焊接速度為60m/h,Km=0.7-1.3mm/100A。焊接中為了獲得基體稀釋較少的堆焊層，采用“小電流、低電壓、薄層多次”的方法，焊縫的融透深度僅為3-4mm。

2)焊接電壓

在選擇焊接電壓時(shí)，主要根據(jù)堆焊電流進(jìn)行調(diào)整，電壓計(jì)算如下：

V=（0.02-0.04）×I+20

式中：I---焊接電流單位：A

3)焊接速度

BD軋輥在堆焊中軋輥的轉(zhuǎn)速主要根據(jù)軋輥的線速度及軋輥直徑而定。其中堆焊速度一般取24-42m/h較為合適，碳素鋼取焊絲下限，合金焊絲取中上限。軋輥焊接的轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算：

N=V線/(n×D)

式中：n---軋輥轉(zhuǎn)速單位：r/min

D---軋輥直徑單位：mm

V線---軋輥線速度單位：mm/min

4)焊絲伸出長(zhǎng)度

焊絲伸出長(zhǎng)度對(duì)焊接焊縫形狀和稀釋率有一定影響，可根據(jù)實(shí)際情況及操作習(xí)慣進(jìn)行調(diào)整，一般在20-60mm較為合適。

5)焊縫螺距

堆焊時(shí)主要注意觀察焊縫，一般焊縫重疊1/3左右。焊縫螺距根據(jù)焊絲直徑按下式選擇：

S=（1.9-2.3）×d

式中：S---堆焊螺距單位：mm/rap

d---焊絲直徑單位：mm

圖4 焊接實(shí)例

圖5 焊絲傾斜位置

6)焊絲傾斜位置

為防止液態(tài)和融化的焊劑流失，延長(zhǎng)融渣冷卻凝固時(shí)間，便于清渣，焊絲需要向?qū)τ谲堓佒行男D(zhuǎn)反方向后移一段距離，用K表示，參照下式計(jì)算：

K=0.08D，焊絲對(duì)準(zhǔn)軋輥中心，傾角6-80.

4.3 焊后熱處理

焊后熱處理是焊接后影響軋輥性能的關(guān)鍵工序，目的是為了減少軋輥表面和內(nèi)部冷卻速度不一致造成體積應(yīng)力而引起裂紋，需要嚴(yán)格控制冷卻速度。我們采用的冷卻速度和加熱速度基本相同，但是冷卻到100℃需要保溫一段時(shí)間，再冷卻至50℃以下可以空冷。為了消除焊接殘余應(yīng)力，軋輥還需要進(jìn)行150-200℃的回火，以防止延遲裂紋的產(chǎn)生，改善軋輥性能。

4.4 焊后粗加工

焊接后對(duì)輥面進(jìn)行粗加工，加工需留有1±0.5mm的加工余量，軋輥需要使用時(shí)再根據(jù)品種孔型尺寸進(jìn)行精加工。

4.5 探傷檢查

加工后再次探傷檢查過(guò)渡層、堆焊層與母體結(jié)合部位是否有焊接缺陷。探傷合格后就可以精車上機(jī)直接使用。若探傷發(fā)生檢查有裂紋等情況需要對(duì)裂紋進(jìn)行局部挖削后重新局部堆焊。

5 型材BD軋輥堆焊修復(fù)使用效果

分公司I20BD軋輥報(bào)廢修復(fù)后于2015年1月上機(jī)單次最大過(guò)鋼量2.61萬(wàn)噸，總過(guò)鋼12.79萬(wàn)噸，超過(guò)預(yù)期使用效果，BD軋輥堆焊修復(fù)非常成功。

新輥、堆焊修復(fù)輥鋼鋼量對(duì)比情況見(jiàn)表2。

表2 新輥、堆焊修復(fù)輥鋼鋼量對(duì)比

通過(guò)修復(fù)BD軋輥,每年可以直接節(jié)約新購(gòu)軋輥資金360萬(wàn)元/年左右，降本效果明顯，同時(shí)降低了BD軋輥生產(chǎn)備件的工藝儲(chǔ)備；今后還要延伸到精軋水平輥、立輥的修復(fù)，意義重大。目前BD軋輥經(jīng)過(guò)堆焊修復(fù)后，性能還超過(guò)了原廠家生產(chǎn)軋輥，過(guò)鋼量可以提高1.5倍左右，減少換輥次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。

6 結(jié) 語(yǔ)

BD軋輥堆焊修復(fù)是降低型材生產(chǎn)成本的有效手段之一，修復(fù)工作是成功的，提高了型材產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，現(xiàn)有的堆焊方式還會(huì)存在不足，我們將對(duì)堆焊過(guò)程出現(xiàn)的不足不斷進(jìn)行改進(jìn)，不斷摸索創(chuàng)新優(yōu)化堆焊工藝技術(shù)，提高BD軋輥過(guò)鋼量，同時(shí)拓展軋輥的修復(fù)范圍。

[1]沈風(fēng)鋼，劉景風(fēng)，冶金軋輥堆焊技術(shù)綜述[J].中國(guó)表面工程，2006

[2]宣梅燦.邵問(wèn)華.許健勇.等.寶鋼1420mm冷軋生產(chǎn)線新技術(shù)應(yīng)用介紹[J].軋鋼.1997

[3]王節(jié)亮，冶金軋輥堆焊工藝分析，安徽 馬鞍山243000

Practice and application of surfacing welding repair technology for profile BD roll

The roller can meet the requirement of rolling process，and the average amount of steel can be increased by more than 1.2times。replacement of new roll by surfacing repair，reduce the roll consumption cost，meet the requirements of modern low carbon and sustainable development，has a good repair prospects

BD roll；Surfacing；repair

TG333.17

B

1003-8965(2017)04-0103-04